Piccole* Altoparlanti da tavolo ad alta fedeltà (stampa 3D): 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Passo molto tempo alla mia scrivania. Questo significava che passavo molto tempo ad ascoltare la mia musica attraverso gli orribili altoparlanti metallici integrati nei monitor del mio computer. Inaccettabile! Volevo un suono stereo reale e di alta qualità in un pacchetto attraente che si adattasse sotto i monitor sulla mia piccola scrivania. I tipici "altoparlanti per computer" sono sempre una delusione, quindi ho deciso di applicare alcuni principi di progettazione e ingegneria di base dei diffusori per costruire una coppia di diffusori senza compromessi (ok, più simili a bassi compromessi) che, per le loro dimensioni, saranno impressionare qualsiasi audiofilo.

Presentazione dell'ultima aggiunta alla mia famiglia HiFi, gli altoparlanti desktop Nano-HiFi "Kitten". (Ora si accettano proposte per nomi migliori)

Questi altoparlanti misurano circa 4,25 pollici (10,8 cm) di altezza, 2,75 pollici (7 cm) di larghezza e circa 4,5 pollici (11,4 cm) di profondità compresi i perni di rilegatura e sono progettati per un suono eccezionale in un piccolo pacchetto. Sono realizzati utilizzando una tipica stampante 3D per estrusione, utilizzando il filamento PLA. Entriamo in esso!

Forniture

Parti e materiali:

• 4x driver per altoparlanti Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2x induttanze crossover da 0,2 mH
• 2 resistenze da 2,4 Ohm "audio grade"
• 'Plastic Wood' o stucco per legno simile
• 'Perfect Plastic Putty' o riempitivo simile
• Primer spray e vernice
• super colla
• Sigillante siliconico RTV o simile
• 4x capicorda / morsetti di collegamento
• ca. 3-4 piedi di cavo isolato da 18-20 ga
• Connettori a forcella femmina
• 4x viti a macchina M2x12
• 4x dadi M2
• 4x M2 rondelle
• Due piccoli pezzi di compensato spesso 1/8" - 1/4" o una tavola robusta simile

Utensili:

• Stampante 3D e filamento a scelta
• Saldatore e saldatore
• Carta vetrata e/o lime per unghie, varie grane da 200-1000
• Saranno utili spelafili/taglierine, coltello xacto e alcuni altri strumenti di base

Passaggio 1: obiettivi e vincoli

Che io lo sappia o no, quando costruisco qualcosa parto, fondamentalmente, da due cose. Obiettivi e vincoli. Quindi eccoli.

Obiettivi:

• Estensione dei bassi il più bassa possibile. Si spera, 90 - 100 Hz prima che i bassi inizino a diventare troppo silenziosi.
• Volume di ascolto accettabile. Ci sono già molti piccoli altoparlanti che suonano alla grande a tutte le frequenze; Queste sono chiamate cuffie. Il problema è che devi attaccarteli alla testa. Ovviamente non è quello che sto cercando, e renderli ascoltabili a distanza è un po' più difficile da realizzare.
• Risposta in frequenza piatta. Cerca di eliminare le grandi risonanze, i picchi e gli avvallamenti di cui soffre la maggior parte dei piccoli altoparlanti.

Vincoli:

• Taglia. Gli altoparlanti devono stare sotto i monitor del mio computer, quindi non possono essere più alti di circa 4 pollici e profondi 5 pollici. Ho determinato che un volume interno di circa 500 ml è un buon obiettivo. Inoltre, poiché usavo una stampante 3D nella mia università, ero limitato a circa 250 grammi di materiale di stampa.
• Costo. Non ho un milione di dollari da spendere per questi diffusori, quindi niente materiali, strumenti o parti esotici.
• Complessità. Questo in qualche modo si allinea con i costi, ma anche con il mio livello di abilità e il mio tempo. Questo probabilmente mi limita a un design "fullrange" perché è molto più semplice di un design a 2 o 3 vie e non richiede costosi componenti crossover.
• Design esteticamente gradevole. Perché devo guardare queste cose tutto il giorno.

Passaggio 2: selezione del driver

Con obiettivi e vincoli in mente, è il momento di…. Andare a fare shopping?

Giusto. Poiché i driver sono il cuore di ogni diffusore, ho scelto prima un driver e ho progettato il resto del diffusore attorno ad esso. Poiché avevo pianificato di riflettere su questi, non solo avevo bisogno di driver adatti, ma anche di specifiche e misurazioni decenti fornite dal produttore. Entrerò nel motivo per cui questi sono importanti in un minuto, ma senza di essi il mio design dei diffusori diventa fondamentalmente un'ipotesi completa.

Quindi ho aperto il mio sito preferito per acquistare componenti per altoparlanti, Parts Express, e ho cercato driver "fullrange" nella gamma 1" - 2". Ho trovato questi, gli AuraSound "Cougar" (da qui ho derivato "Kitten" per il nome dei miei diffusori. Capito?) che hanno alcune buone qualità.

• Taglia piccola. Più piccolo è, meglio è.
• A buon mercato. Solo circa $ 10,50 ciascuno.
• Eccellenti prestazioni di gamma media e alta e risposta dei bassi sorprendentemente bassa per un driver così piccolo.
• Buona tenuta in potenza, quindi spero di poterli alzare un po' senza preoccupazioni.

Con questi driver in mente, era il momento di scaricare la scheda tecnica e iniziare a simulare.

Passaggio 3: simulazione dell'altoparlante

Con un potenziale candidato per il driver selezionato, avevo bisogno di un paio di software per eseguire simulazioni e giudicare l'efficacia della scelta dei miei altoparlanti e del design della custodia. Quindi ho seguito alcuni passaggi per creare una simulazione di un singolo driver in un contenitore di base.

Il primo programma che ho usato si chiama SplTrace. Una versione è disponibile qui gratuitamente. Questo è un programmino molto semplice. Per usarlo, ho prima importato un'immagine dei grafici della risposta in frequenza e della risposta di impedenza del driver scelto. Quindi, tracciando i grafici con il mio cursore, sono stato in grado di convertire le immagini dei grafici in file utilizzabili dal software di simulazione.

Successivamente, ho usato un programma chiamato Boxsim. L'ultima versione inglese è disponibile qui. Ho creato un nuovo progetto e ho seguito la configurazione iniziale. Quindi, facendo riferimento alla scheda tecnica che ho scaricato per il mio autista, ho compilato tutti i dati dell'autista richiesti. In basso, c'è l'opzione per inserire i dati di risposta in frequenza e impedenza. Qui è dove ho caricato i file che ho creato usando SplTrace. Quindi ho fatto clic sulle schede e ho aggiunto le stime iniziali per il tipo di custodia, le dimensioni e la frequenza di sintonizzazione, poiché ho deciso di utilizzare una custodia con porte. Un recinto ventilato ha fornito due vantaggi per me. Innanzitutto, la possibilità di sintonizzare la porta per una bassa frequenza, eventualmente estendendo un po' la risposta dei bassi. In secondo luogo, consente al conducente di muoversi più liberamente e dovrebbe essere un po' più efficiente rispetto a un involucro sigillato. Dato che lo sfiato sarà progettato e stampato con precisione come parte integrante del recinto, è un gioco da ragazzi.

Con tutte le informazioni richieste inserite correttamente in Boxsim, ho collegato il singolo driver all'amplificatore nel menu 'Amplificatore 1' e quando ho premuto "Ok" mi è stato presentato un grafico interessante che assomiglia a quello mostrato qui. Successo! Ora avevo una simulazione della risposta in frequenza di base con cui iniziare ad armeggiare.

Passaggio 4: sviluppo del design dell'altoparlante

Terminata la mia prima simulazione, era giunto il momento di capire come queste informazioni potessero guidare le mie scelte progettuali.

Mi viene presentato un tipico grafico della risposta in frequenza, con SPL (volume, in dB) sull'asse y e la frequenza sull'asse x. Un altoparlante perfetto avrebbe una linea retta attraverso questo grafico, da 20 Hz a 20.000 Hz. Quindi, il mio obiettivo ora era quello di modificare tutti i parametri che potevo per rendere il mio altoparlante il più vicino possibile a questo altoparlante ideale immaginario.

Con ciò, si sono presentati immediatamente due problemi.

Il primo è stato l'urto significativo nel grafico al di sopra di circa 1000 Hz. Con un po' di equalizzazione e/o qualche filtro analogico, questo potrebbe essere un problema semplice da risolvere… Se non fosse per il mio secondo problema.

Facendo clic su Max. Scheda SPL Ho visto un grafico della risposta in frequenza dall'aspetto simile. Tuttavia, a differenza dell'altro, questo grafico mostra il volume più alto che l'altoparlante può riprodurre a una data frequenza prima di superare il limite massimo di potenza o il limite massimo di escursione. Quindi, anche se ho usato un po' di equalizzazione (finnicky e non si "attacca" agli altoparlanti se vengono spostati) o filtraggio analogico (costoso, complicato e ingombrante) per ottenere i medi alti più in linea con i bassi, Sarei in grado di riprodurre la mia musica solo a circa 80 dB al massimo in assoluto. Anche se 80 dB sono in realtà abbastanza alti (pensa all'aspirapolvere o allo smaltimento dei rifiuti), tieni presente che questo sarebbe al limite della capacità degli altoparlanti, il che non è un buon posto dove stare. Per evitare che i diffusori si autodistruggassero o suonassero come spazzatura distorta, volevo una discreta quantità di headroom prima che raggiungessero i loro limiti. L'unico modo per arrivarci era scegliere un driver diverso (quasi certamente più grande) o raddoppiare.

Passaggio 5: finalizzazione del design dell'altoparlante

Quindi, come avrai sicuramente notato all'inizio di questo Instructable, ho scelto di raddoppiare. In confronto ai driver da 2 disponibili su Parts Express, due di questi dovrebbero fornire prestazioni pari o superiori al prezzo. E, ad essere onesti, mi è piaciuto l'aspetto dei due driver impilati. Anche l'estetica è importante:)

Aggiungere un driver duplicato in Boxsim è stato abbastanza semplice. Ho realizzato un nuovo progetto in Boxsim, copiato il driver al momento della configurazione iniziale e utilizzato le impostazioni "alloggiamento esterno comune" per definire l'involucro e il deflettore. Fatto ciò, i risultati sembravano molto più promettenti. Ora avevo 5-10 dB di headroom aggiuntivo e una curva complessiva più liscia. Ho scherzato con il volume del cabinet, la frequenza di sintonizzazione e il ripieno finché non ho trovato una combinazione che mi piaceva davvero a 0,45 litri, 125 Hz e "leggermente farcita".

Durante il processo di progettazione di questi, ho appreso di un fenomeno chiamato baffle step, noto anche come perdita di diffrazione, che a quanto pare è una considerazione importante per la maggior parte dei diffusori di alta qualità. In sostanza, quando le onde sonore provengono da un altoparlante, tentano di irradiarsi in tutte le direzioni. Compreso dietro l'altoparlante. Poiché i suoni ad alta frequenza hanno una lunghezza d'onda molto corta, rimbalzano sulla superficie anteriore della cassa dell'altoparlante e vengono respinti verso l'ascoltatore. Ma i suoni a frequenza più bassa, con le loro lunghezze d'onda molto più lunghe, si piegheranno facilmente attorno alla cassa dell'altoparlante. Pertanto, i suoni ad alta frequenza sembrano essere un po' più forti per l'ascoltatore. Fortunatamente, questo può essere facilmente risolto con un solo resistore e induttore. Questo calcolatore online ti dirà i valori di cui hai bisogno dopo alcuni input. Da lì, ho potuto aggiungere il mio circuito di correzione del passo baffle nella sezione crossover del mio amplificatore simulato e vedere i nuovi risultati. Ho giocherellato un po' con la calcolatrice finché non ho ricevuto una risposta che mi piaceva con i valori dei componenti disponibili da Parts Express.

A questo punto è importante che io venga pulito e dica che, beh, ho barato un po'.:(Ma ecco come ho imbrogliato e perché, in questo caso, va bene.

Grazie alla costruzione di questi me stesso, sapevo esattamente dove e come sarebbero stati utilizzati. Questo mi offrì un po' di conoscenza che potevo usare a mio vantaggio. Entrambi gli altoparlanti saranno sulla mia scrivania, appoggiati contro un grande muro e sotto due grandi monitor piatti. Potresti vedere dove sta andando. Queste superfici piatte agiranno in qualche modo come un grande vecchio deflettore, aumentando i bassi in modi che Boxsim non è in grado di conoscere. Così ho detto a Boxsim una piccola bugia bianca e ho fatto finta che i miei deflettori siano in realtà alti e larghi 100 cm. Mi dispiace non mi dispiace, Boxsim. Più un'arte che una scienza suppongo:)

Tuttavia, dal momento che l'ho fatto, era importante tenere a mente che i risultati della vita reale probabilmente si sarebbero trovati da qualche parte tra le simulazioni "piccolo deflettore" e "enorme deflettore".

Passaggio 6: progettazione dell'involucro e dell'assieme (CAD)

Primo premio al concorso per autori per la prima volta